Controlo de velocidade de um motor de CC microcontrolado

RESUMO

Com este projecto pretende-se apresentar um sistema microcontrolado que permite controlar a variação da velocidade de um motor de íman permanente de corrente contínua, visando com isto acionar uma carga, para tal faz-se uso de um motor de corrente contínua de pequeno porte com rotações em volta das 3.000 rpm, transistores do tipo NPN configurado numa drive ponte H para o chaveamento e inversão do sentido de marcha do motor, um par de dispositivos, onde o fotodíodo emite luzes e um foto-transístor receptor de infravermelho, formando o encoder que faz a leitura da captação de sinais (pulsos) do ventilador do motor, o microcontrolador recebe estes pulsos para a contagem e através da modulação por largura de pulso (pwm), faz o controlo da velocidade.
A informação dos parâmetros como velocidade, tensão, corrente, são lidos a partir do LCD e da interface homem-máquina que é um aplicativo para o efeito, para tal é necessário uma comunicação serial entre o microcontrolador e o computador, esta ligação é feita por meio de um módulo bluetooth que é usado como suporte de comunicação.

INTRODUÇÃO

No primeiro capítulo será explicado os elementos pré-textuais do projecto, desde a apresentação, organização do texto, justificativa, objectivos gerais e expecíficos, o problema que norteia a nossa atenção e a limitação que é caracterizada pela carência em termos de conteúdos bibliográficos e outros.

1.1- Apresentação e organização do texto Este projecto está constituido por cinco capítulos nomeadamente:

1. O primeiro capítulo trata sobre a apresentação, organização do texto, justificativa, objectivos gerais e expecíficos, problema técnico-científico e limitação;
2. O segundo capítulo descreve o estado da arte, ou seja, faz um enquadramento técnico-científico sobre revisões bibliográficas de outros autores já que abordaram sobre o assunto e similares;
3. O terceiro capítulo faz uma abordagem sobre o desenho, metodologia e implementação adoptada para o desenvolvimento do projecto em estudo;
4. O quarto capítulo aborda a respeito dos resultados e discussões do projecto;
5. O quinto e último capítulo aborda sobre as conclusões resultantes do protótipo construído, e como não poderia deixar de ser, deixa-se uma recomendação para futuros projectos ligados a tecnologias embarcadas (electrónicas).

1.2-Justificativa

Durante a nossa jornada académica na Universidade Metodista de Angola, no curso em epígrafe, tivemos a disposição uma infinidade de conhecimentos gerais e expecíficos voltadas a engenharia electro-técnicas e as tecnologias de informação que cada vez mais invadem num piscar de olhos o mundo, assim sendo a nossa principal motivação é tirar proveito desses conhecimentos, aliados a nossa capacidade de criação e assim, desenvolver-se um projecto que permita fundamentalmente controlar a velocidade de rotação de um motor de corrente contínua microcontrolado adaptada as condições de Angola, onde a carência e aquisição de componentes electrónicos é um dos principais intraves, ainda assim, insuficientes para não dar-mos asas a realização deste projecto.

 1.3- Problema Técnico-Científico

Como contruir um sistema de controlo de velocidade microcontrolado para um motor de corrente contínua de baixa potência que utiliza a tecnologia modulação por largura de pulso (pwm). Para a solução deste problema apresenta-se os objectivos e limitações.

1.4- Objectivos O objectivo geral deste projecto visa o desenvolvimento de um protótipo microcontrolado que permita o controlo de velocidade dos motores de corrente contínua.

1.4.1- Objectivos Expecíficos Para o pleno funcionamento do protótipo a ser construído são indispensáveis os seguintes requisitos:
1. Estudo bibliográfico em torno de conteúdos e materiais para possilibitar a análise e entendimento do estudo em causa e consequentemente a sua viablização;
2. Utilização e adaptação de um motor de corrente contínua para satisfazer o objectivo proposto;
3. Implementar o software e hardware de um microcontrolador para o controlo;
4. Implementar um encoder (formado por um fotodíodo e um fototransistor para fins de leitura);
5. Software para criação do aplicativo da interface homem-máquina.
1.5- Limitação Realizar um estudo desta natureza nunca é fácil pela sua especificidade, desde a obtenção dos componetes e a busca por fontes bibliográficas de escassez tremenda, infelizmente algumas lojas electrónicas que dedicam-se a venda de produtos eléctricos e electrónicos não possuem ainda capacidade de resposta na disposição, o que obriga a importar no exterior do país, o que retira algum interesse em termos de orçamento, daí a necessidade de recorrer-se em adaptações de um ou outro dispositivo.
 CAPÍTULO II: ESTADO DA ARTE O presente capítulo aborda sobre as referências bibliográficas necessárias ao entendimento técnico-científicas dos componentes e informações úteis a sua integração no protótipo em estudo.
2.1- Motores Eléctricos No mundo de hoje, o motor eléctrico é um elemento imprescindível ao progresso. As máquinas eléctricas, nos tempos actuais, podem se considerar como parte recorrente do nosso dia-a-dia. O motor eléctrico é o mais usado de todos os tipos de motores, pois combina as vantagens da utilização da energia eléctrica: facilidade de transporte e facilidade de comando, sendo, para além disso trata-se de uma máquina de construção simples, alto rendimento e baixo custo [1].
Os motores eléctricos possuem praticamente os mesmos elementos principais, contudo com diferenças importantes entre eles. Em alguns casos a bobina da armadura está no estator e não no rotor, o mesmo acontece com a bobina de campo. Outros não possuem escovas, outros ainda não possuem bobina de armadura, e assim por diante.
Porém, os nomes dados aos componentes da máquina são gerais e valem para a maioria das máquinas eléctricas [1].
De forma geral os motores eléctricos são classificados como:

2.1.1-Motores de Corrente Contínua

Motor de c.c convencional;
Motor de c.c de íman permanente;
Motor de c.c sem núcleo;
Motor de c.c sem escovas (Brushless).

2.1.2-Motores de Corrente Alternada

Motores síncronos;
Motores assíncronos;
Motores especiais;
Servomotores;
Motores de passo.
Todos os motores apresentam as suas principais características eléctricas escritas sobre o mesmo ou numa placa de identificação. Os principais dados eléctricos são: tipo de motor, tensão nominal, corrente nominal, frequência, potência mecânica, velocidade nominal, esquema de ligação, grau de protecção, temperatura máxima de funcionamento e factor de potência [1].
2.1.1.1- Motores de Corrente Contínua A máquina eléctrica de CC (corrente contínua) foi a primeira máquina eléctrica a ser utilizada industrialmente. A razão para tal deve-se ao facto de no início da distribuição da energia eléctrica, a mesma ser feita em corrente contínua.
Os dois tipos de máquinas eléctricas rotativas de corrente contínua, sob o aspecto de transformação de energia são: o gerador de corrente contínua, geralmente
designado por dínamo, e o motor de corrente contínua. Nestas máquinas dá-se uma transformação da energia mecânica em eléctrica (dínamo) ou da eléctrica em mecânica (motor), através do aproveitamento dos fenómenos electromagnéticos.
Na sua constituição as máquinas rotativas de corrente contínuas são idênticas, e o princípio de funcionamento dos dínamos é semelhante ao dos motores. Na realidade não existe uma separação nítida entre as duas máquinas, pelo que o funcionamento da máquina rotativa como dínamo ou como motor só depende das condições em que está a trabalhar. Diz-se que o dínamo e o motor são máquinas reversíveis, pois para a mesma máquina se lhe fornecermos energia mecânica é capaz de nos dar energia eléctrica e se lhe fornecermos energia eléctrica poderemos obter energia mecânica [2].
Figura 2.1 - Motor de CC [2] Actualmente, existem diferentes tipos de motores alimentados com corrente contínua, vão desde os pequenos, para os mais variados accionamentos, até aos motores convencionais, utilizados em accionamentos industriais, com potências que podem chegar às várias centenas de KW. O motor de CC convencional é uma máquina que tem como principal característica o controlo preciso, entre amplos limites, da velocidade. Actualmente, esta regulação é realizada com controladores electrónicos [2]. 16
? Vantagens dos motores eléctricos CC face ao motor CA
? Sem perdas significativas;
? Sem resultado de qualquer elemento poluente;
? Facilidade de comando;
? Construção Simples;
? Alto rendimento;
? Baixo Custo.
? Desvantagens dos motores CC face aos motores CA
? Maior custo para a mesma potência;
? Maior manutenção;
? Não podem ser alimentados directamente da rede.
? Constituição dos motores CC Numa máquina rotativa deste tipo existem fundamentalmente circuitos eléctricos, circuitos magnéticos e órgãos mecânicos.
Do ponto de vista electromagnético, uma máquina eléctrica rotativa é constituída fundamentalmente por duas partes distintas; uma designa-se por indutor e outra de induzido. No indutor, também designado por campo, é gerado o campo magnético, e no induzido, também denominado por armadura, processam-se fenómenos electromagnéticos. Uma das partes é fixa e a outra é móvel. A parte fixa dá-se o nome de estator e à parte móvel o nome de rotor. Noutras máquinas, a disposição pode ser ao contrário [2].
Figura 2.2 - Constituição dos motores de CC [2] Os circuitos magnéticos são constituídos por material ferromagnético e destinam-se a dar passagem ao fluxo magnético; Para ser criado um grande fluxo, necessário ao desenvolvimento da f.e.m., deverá a relutância do circuito magnético ser 17 pequena, usando-se, sempre que possível, materiais ferromagnéticos de elevada permeabilidade magnética;
? Carcaça: é constituída por material ferromagnético de fundição não necessitando de ser folheada uma vez que o fluxo é normalmente constante ou pouco variável.
As perdas por histerese são dependentes de fluxos variáveis, como a alimentação do estator, e é efectuada por tensão contínua ou ímanes permanentes, considera-se F=0. Considerando o cálculo das perdas por histerese dado aproximadamente por P=K×F×B, Verifica-se a não necessidade de materiais não folheados.
? Núcleo Polar: ligados à carcaça estão os núcleos dos pólos que também podem ser maciços ou folheados consoante os tipos de variação de fluxo que são de prever. Pode ser constituído pelo empilhamento de chapas de ferro macio cortadas com a forma do núcleo e da expansão polar, ou por material ferromagnético não chapeado no caso de só a expansão polar ser chapeada.
? Bobinas Indutoras: em torno do núcleo são montadas bobinas de fio de cobre alimentadas a corrente contínua e destinadas a criar o campo indutor.

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